Remoção de Cr+3 de efluentes industriais e sintéticos por ação de clinoptilolita de ocorrência natural

Abstract

Resumo: Zeólitas são alumino-silicatos microcristalinos de origem natural ou sintética. A presença de átomos de alumínio na estrutura zeolítica origina cargas negativas as quais são neutralizadas por cátions de compensação. Uma das características mais importantes das zeólitas é a possibilidade de trocar estes cátions por outros presentes em solução. Esta propriedade foi utilizada para estudar o comportamento de uma zeólita natural pré-tratada, composta por clinoptilolita e mordenita, quando em contanto com íons cromo. Foi estudado o comportamento de troca do sistema zeólita-solução tanto em equilíbrio (através de isotermas) quanto o comportamento dinâmico (em colunas de leito fixo). Neste trabalho, foram construídas três isotermas (a 298K, 313K e 333K) utilizando-se clinoptilolita natural pré-tratada com Na+. As trocas foram real jzadas com íons Cr+3. A forma encontrada das isotermas é muito similar à forma clássica tipo de acordo com BRECK (1984). A partir de ajustes dos dados experimentais foram construídos diagramas de Kielland, cuja forma está associada ao mecanismo de troca. Foram obtidas retas, o que indica que, muito embora a zeólita utilizada seja natural e apresente uma série de impurezas como mordenita e argilas, apenas um único tipo de sftio está envolvido no processo de troca com o cromo. Em colunas de leito fixo, foram estudados dois tipos de solução: uma artificial, a partir de nitrato de cromo nona-hidratado, e outra, a partir de efluente de curtume. Foram realizados vários ensaios com ambos os efluentes intercalados por ensaios com solução regeneradora de NaC1. Também foi estudada a troca sem regeneração da zeólita. Foi observado que, concordando com os dados das isotermas, a clinoptilolita de origem natural prefere íons cromo apenas quando estes estão em soluções diluídas. As regenerações auxiliam no processo de troca e a presença de íons competidores como Ca+2, Na+ e K+ ou moléculas orgânicas como proteínas podem diminuir a taxa de troca de Cr+3

Abstract: Zeolites are microcrystalline aluminosilicates which come from nature or can be synthesized. The presence of aluminum atoms in the zeolite framework originates negative charges which can be neutralized by exchangeable cations. One of the most important zeolite characteristics is the possibility of exchanging such cations for other ones in solution. This property was used to study the sodium pretreated natural zeolite (clinoptilolite and mordenite) behaviour when in contact with chromium ions. It was studied the exchanging behaviour when the system zeolite-solution was in equilibrium (through ion exchange isotherms) and in dynamic way (through fixed bed columns). In this work, three isotherms were obtained (at 298K, at 313K and at 333K) from natural pre-treated Na+ clinoptilolite. The ion exchange has been carried out with Cr+3 ions. The isotherms shape is similar to the classical type "b" isotherm, according to the arrangement proposed by BRECK(1984). From the experimental points, Kielland plots were constructed, whose shape was associated to the ion exchange mechanism. Straight lines were obtained, as an indication that, although the zeolite used is of natural occurence and presents impurities such as mordenite and clays, only one type of site is involved in the ion exchange process. In fixed bed columns two types of trivalent chromium solutions were studied: an artificial one, obtained from chromium nitrate and another one, obtained from tanning industries effluent. The zeolite passed through successive runs with these solutions and was regenerated with sodium chloride. It was also studied a system without regeneration. One observes that, similar to the isotherms, natural clinoptilolite gives preference to Cr+3 ions only when they are in dilute solutions. The regeneration improved the zeolite ion-exchange and the presence of competing ions such as Ca+2, Na+ and K+ or organic molecules such as proteins may low Cr+3 exchange rates